2. Силы, действующие на прокатываемое колесо

При установке колесной заготовки в стан последняя прижимается к коренному валку. Прижатие осуществляется нажимными роликами при подводе рабочей клети, причем гидравлический цилиндр нажимных роликов включен в сеть гидравлики низкого давления.

Вслед за нажимными роликами к заготовке подводится верхний наклонный валок, прижимающий обод к нижнему наклонному валку. В момент установки нажимной цилиндр верхнего наклонного вала также включен в сеть низкого давления. В этом периоде наклонные валки входят в соприкосновение с заготовкой только по боковым поверхностям обода.

После подвода наклонных валков и нажимных роликов производится пуск двигателей стана. Уже в период разгона двигателей подводятся направляющие ролики. Включается высокое давление в нажимные цилиндры верхнего наклонного валка и салазок. Наклонные валки входят в соприкосновение с колесной заготовкой и по внутренней поверхности обода.

В этот период соотношение сил, действующих на заготовку, непрерывно изменяется. После установки деформирующего инструмента в рабочее положение все действующие на заготовку силы уравновешиваются, находясь в состоянии подвижного равновесия в любой момент процесса прокатки. Как будет показано ниже, и в процессе прокатки происходит непрерывное нарушение и восстановление равновесного состояния.

На рис. 112 представлена колесная заготовка и силы, действующие на нее со стороны коренного и наклонных валков, нажимных и направляющих роликов. Валки и ролики характеризуются сложной конфигурацией и поэтому все силы, приложенные к заготовке, имеют различное пространственнее направление. В дальнейшем будут рассматриваться проекции этих сил на соответствующие координатные оси.

Представим себе, что плоскость вращения колесной заготовки является плоскостью ХОУ прямоугольной координатной системы. Начало координат расположим в центре колесной заготовки, а оси X и У направим так, как показано на рис. 112. Тогда сумма проекций на любую координатную ось сил, действующих на заготовку, должна быть равна нулю.

Возьмем сумму проекций сил на ось У:

(3.2)

ггде — проекция реакции коренного валка;

и — проекции усилий, действующих со стороны направляющих

роликов;

и — проекции усилий нажимных роликов;

— проекция усилия, действующего со стороны наклонного

валка.

В процессе раскатки заготовки происходит периодическое нарушение и восстановление состояния равновесия. При этом центр заготовки перемещается по ломаной линии. Определим это перемещение.

Усилием , действующим со стороны наклонных валков, производится раскатка заготовки, при которой происходит увеличение ее наружного диаметра. Допустим, что приращение радиуса заготовки в какой-либо момент равно .

При повороте заготовки на некоторый угол она приходит в соприкосновение с первым по вращению нажимным роликом производящим обжатие наружной поверхности обода. Это обжатие значительно меньше . Обозначим его . Увеличение радиуса заготовки заставит рабочую клеть переместиться в сторону, противоположную коренному валку. Если бы увеличенное давление испытывали оба нажимных ролика, то рабочая клеть отошла бы на величину — . Но при отходе рабочей клети второй нажим-

ной ролик выйдет из соприкосновения с металлом, и для сохранения равновесия заготовка передвинется в сторону этого ролика. При этом обжатие и усилие на первом нажимном ролике уменьшатся, а на втором —увеличатся. Снова наступит равновесие сил. Центр заготовки на этом этапе прокатки переместился в сторону положительного направления оси У.

Таким образом, перемещение рабочей клети будет несколько меньше величины — .

Рис. 112. Силы, действующие на прокатываемое колесо:

1-коренной валок; 2-нажимные ролики; 3-направляющие ролики

При дальнейшем вращении заготовки элемент обода колеса с увеличенным радиусом наружной поверхности подойдет к коренному валку. И в этом случае увеличение радиуса заготовки значительно превышает обжатие на коренном валке. Поэтому давление на коренной валок, а следовательно, со стороны коренного валка на систему «заготовка — рабочая клеть» возрастет и клеть отойдет на величину, при которой равновесие сил, действующих по оси X—X на систему «заготовка — рабочая клеть», восстановится. Центр заготовки также переместится в сторону движения клети. Если обозначить обжатие на коренном валке , то перемещение центра будет равно — — . Этой же величине равно приращение радиуса наружной поверхности обода при подходе ко второму нажимному ролику. Вследствие первоначального смещения центра заготовки по направлению ко

второму ролику, давление на этот ролик сильно возрастет, и рабочая клеть снова отодвинется, причем из соприкосновения с металлом начнет выходить первый нажимной ролик. Для восстановления равновесия заготовка переместится в сторону первого ролика. После завершения оборота описанный процесс повторяется.

Таким образом, центр заготовки в процессе прокатки совершает за каждый оборот перемещение по ломаной линии, причем величина этого перемещения изменяется в процессе прокатки. Изменение величины перемещения центра заготовки происходит вследствие изменения величины обжатий на наружной поверхности обода заготовки. Обжатие уменьшается от начала прокатки к концу, так как, с одной стороны, увеличивается сопротивление деформации, а с другой — увеличивается протяженность поверхности соприкосновения роликов с металлом, и, следовательно, при постоянном давлении обжатие уменьшается. Величина же обжатия на внутренней поверхности обода мало изменяется в процессе раскатки, и, следовательно, в незначительной степени изменяется и приращение радиуса А за каждый оборот заготовки, В связи с этим колебания центра заготовки должны увеличиться к концу прокатки.

Приведенная схема изменения положения центра колесной заготовки в процессе прокатки свидетельствует о том, что коренного валка и нажимных роликов недостаточно для центрирования заготовки. Последнее должно обеспечиваться введением дополнительных направляющих роликов, препятствующих перемещению центра заготовки или уменьшающих его. В стане существующей конструкции направляющие ролики и выполняют эту роль.

Учитывая, что направление и величина действующих сил изменяются в процессе прокатки, рассмотрим взаимодействие сил, действующих на прокатываемое колесо в момент установившегося равновесия.

Составим уравнение равновесия всех сил, действующих на колесо, взяв их проекции на ось X ( = 0). В этом случае усилия, приложенные к колесу со стороны нажимных роликов и наклонных валков, будут внешними силами для рассматриваемой системы сил, как и усилия, приложенные со стороны коренного валка и направляющих роликов. Тогда (рис. 112)

(3.3)

где и — проекции усилий нажимных роликов на ось X;

— проекция на ось X результирующей усилий, действующих

со стороны наклонного валка.

Обозначения остальных величин, входящих в уравнение (3. 3), соответствуют ранее принятым. Решаем уравнение (3. 3) относительно .

или

(3.4)

В полученном уравнении сумма величин может быть определена из уравнения (3. 1). Подставим их значения в уравнение (3. 4):

(3.5)

или

(3.6)

Для действующего стана в этом уравнении все величины, за исключением и , известны. Последние могут быть определены при рассмотрении равновесия сил, действующих на салазки.